初中物理能量解答题

某电器厂设计了一种具有高、中、低温三挡的家用电火锅，该火锅产品铭牌和电路图如图所示：

额定电压	$220V$
额定功率	高温挡	中温挡	低温挡
	$880W$	$440W$	$220W$

（1）当开关 $S_1$断开， $S_2$接 $a$时，该电火锅选用　　档工作（选填“高温”、“中温“或“低温” $)$。

（2）当电火锅使用中温挡正常工作时，电路中电流是多大？接入电路的电热丝的阻值是多少？

（3）用电火锅高温挡在额定电压下烧水7分钟，电流做了多少功？若电热丝产生的热量全部被水吸收，在1个标准大气压下，能使 $1\mathit{kg}$初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水升高多少 ${}^{\circ }\text{C}}\left(c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right)$？

小段用如图所示装置，使用一根杠杆 $\mathit{AB}$和滑轮的组合将一合金块从水中提起，滑环 $C$可在光滑的滑杆上自由滑动。已知合金密度 $\rho =1.1\times {10}^4\mathit{kg}/m^3$：所用拉力 $F$为 $500N$，且始终竖直向下： $O$为支点，且 $\mathit{AO}=4\mathit{OB}$：动滑轮的机械效率为 $75\%$．若杠杆质量、杠杆与攴点间摩擦不计，整个过程中合金块始终未露出水面。求：

（1）当拉力 $F$向下移动距离为 $1.2m$时，拉力 $F$对杠杆所做的功？此时绳子对杠杆 $B$点的拉力？

（2）合金块的体积？

2017年12月24日，我国自主研制的最大水陆两栖飞机 $\mathit{AG}600$在广东珠海首飞成功。 $\mathit{AG}600$可以在地面或水上起飞和降落，20秒内可一次汲满水12吨，主要用于大型灭火和水上救援。已知飞机空载质量为41.5吨，最大巡航速度500千米 $/$时。 $(g$取10牛 $/$千克）

（1）为了使飞机获得向上的升力，机翼的上侧做成凸圆形状，而下侧成平面形状，其科学原理是　　。

（2）某次灭火演习中， $\mathit{AG}600$蓄满水后加速起飞，然后以最大巡航速度水平飞往演习火场的上空，将水箱中的水一次性全部注下。下列有关说法正确的是　　。

$A$．用水灭火可以降低可燃物的着火点

$B$．加速起飞过程中，飞机的重力势能增加

$C$．飞机以最大巡航速度水平直线飞行时，飞机受到平衡力的作用

（3）在某次水面滑行测试中，蓄有8.5吨水的飞机，在水面上以36千米 $/$时的速度匀速直线滑行1分钟，若滑行过程中所受阻力为总重的0.5倍，则飞机的牵引力做了多少功？此时飞机的实际功率为多少？

图为某电热器的电路原理图，通过将开关 $S$置于不同的位置，可以实现“加热”和“保温”两种状态的变换，对应的额定功率分别为 $800W$和 $40W$。

（1）将开关 $S$接“1”时，电热器处于　　（选填“加热”或“保温” $)$状态。

（2）电热器在加热状态下正常工作，将 $0.5\mathit{kg}$初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水加热到 ${100}^{°}\text{C}$，需

要多长时间？ $($【水的比热容为 4 . 2 × 10 3 J / ( kg · ° C ) ，假设电能全部转化为水的内能】

如图所示，某建筑工地用电动机、定滑轮和斜面组成的装置，将重为 $1600N$的建材由斜面底端匀速拉到顶端。已知斜面倾角为 $30°$，斜面高为 $4.5m$，建材移动的速度为 $0.4m/s$，电动机的输出功率为 $400W$，斜面的效率与整个装置的效率之比 ${\eta }_1:{\eta }_2=10:9$．（忽略定滑轮处摩擦及绳重）求：

（1）对建材做的有用功。

（2）斜面的效率。

（3）电动机消耗的电能。

无人机以高分辨率高速摄像机、轻型光学相机、激光扫描仪等设备获取信息，广泛应用在航拍、交通管理等领域。如图为某型号无人机，整机质量2千克，停放时与水平地面总接触面积0.002米 ${}^2$，摄像机拍摄速度11000帧 $/$秒。在轿车限速120千米 $/$时的某高速公路上，交警利用该无人机进行道路通行情况实时监测。 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）无人机停放在水平地面时，对地面产生的压强　　帕。

（2）无人机竖直向上爬升60米的过程中克服重力做了多少功？

（3）无人机在某轿车通行0.6米的过程中拍摄220帧，通过计算判断该轿车是否超速。

小兵用图1所示电路来探究“电压一定时，电流与电阻的关系”。

（1）将 $R$调为 $5\Omega$，闭合开关，移动滑动变阻器至适当位置，记录两电表示数。其中电压表的指针所指位置如图2所示，它的示数为　　 $V$。

（2）将 $R$调为 $20\Omega$，小兵在记录数据前，他应先调节　　，使　　；

（3）多次实验后，小兵得到电流和电阻 $R$的倒数的关系图象如图3所示，由此他得到的实验结论是：当电压一定时，电流与电阻成　　（选填“正比”或“反比” $)$；

（4）小兵身旁有一只仅能看清“▄ $0.25A$”字样的小灯泡，为了知道其额定功率，他根据图3得到 $0.25A$对应的电阻值为 $8\Omega$，从而算出该小灯泡的额定功率 $P=0.5W$，你认为小兵求小灯泡额定功率的方法是否正确：　　（选填“正确”或“不正确” $)$，你的理由是：　　。

小明利用如图1所示的电路“探究串、并联电路中电流的关系“。

（1）探究串联电路中电流的关系。

①用笔画线代替导线将开关 $S_3$连入电路中。（要求：只闭合开关 $S_3$后， $R_1$、 $R_2$以及电流表串联；导线不许交叉）

②小明将 $S_3$闭合后，发现电流表均无示数。于是他用一只电压表对电路故障（电路中只有一处故障）进行了检测，将电压表接在 $R_1$两端时，电压表与电流表均无示数；接在 $R_2$两端时，电压表有示数，电流表无示数。电路中的故障是　   　。小明排除故障后继续实验，读出了电路中各电流表的示数，得到了串联电路中电流的关系是：串联电路中各处电流相等。

（2）完成上述实验后，小明继续探究并联电路中电流的关系。

①各开关的连接情况是　　（填写各开关断开或闭合）。

②分析实验中各电流表的读数（如图2所示），可知并联电路中电流的关系是：　　。

③电阻 $R_1:R_2=$　　。

（3）为了验证结论的普遍性，你可以采用的方法是：　　。

【拓展】在电源电压不变的情况下，小明两次实验中电路消耗的最大功率与最小功率之比 $P_{\mathit{最大}}:P_{\mathit{最小}}=$　　。

在研究电流产生的热量与哪些因素有关的实验中：

（1）如图所示，两个密闭的透明容器中装有相等质量的空气，两个容器中的电阻丝 $R_1$、 $R_2(R_1<R_2)$串联接到电源两端。电阻丝 $R_1$和 $R_2$串联的原因是保证　　相同， $U$形管中液面高度的变化反映　　。

（2）通电 $10s$，观察到图中两侧 $U$形管中液面高度的变化不同，这说明：电流产生的热量与　　有关。

（3）在研究电流产生的热量与电流的关系时，将一个电阻与电阻丝 $R_2$并联，通电 $10s$，左侧 $U$形管中液面高度的变化比（2）中左侧 $U$形管中液面高度变化　　（选填“大”或“小” $)$。

如图是小明同学探究“电流与电压关系”的电路图。

（1）请按电路图将实物图连接完整（要求滑片 $P$向左滑时接入电阻变大）。

（2）小明连接电路时，开关应　　，滑动变阻器的滑片 $P$应放在最　　（选填“左”或“右” $)$端。

（3）闭合开关后小明发现，无论怎样移动滑动变阻器的滑片 $P$，电流表指针几乎不动，电压表指针有示数且不变，原因可能是　　。

（4）接着小明取来三只阻值分别 $5\Omega$、 $10\Omega$、 $15\Omega$的电阻，探究“电流与电阻关系”，他将电阻 $5\Omega$换成 $10\Omega$，移动滑动变阻器滑片 $P$的目的是　　。

如图所示是正在航拍的无人机。起飞前，放在地面上要确保四脚着地；启动后，利用遥控器可控制它运动和工作。无人机的参数如下表，求： $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）无人机从地面飞到离地 $20m$高处，至少要多长时间？

（2）无人机从 $20m$高处降落到地面，重力做功是多少？

（3）无人机停放在水平地面上时对地面的压强是多少？

（4）无人机的突出问题是飞行时间短，请提出一个解决问题的合理建议。

机身质量 $/\mathit{kg}$	2.4	四脚着地总面积 $/c{m}^2$	10
电池充满后储存电能 $/J$	36000	最大水平速度 $/(m·s^{-1})$	5
机身尺寸 $/\mathit{mm}$	$400\times 300\times 200$	最大上升速度 $/(m·s^{-1})$	1

在冬天学校为了让师生能喝上热水，买了多台电热水壶，其铭牌上标有“ $220V10A$”字样，求：

（1）一台电热水壶正常工作 $210s$消耗的电能。

（2）若电热水壶放出的热量全部被水吸收，那么一台电热水壶 $210s$内可将质量为多少 $\mathit{kg}$初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水加热到 ${75}^{°}\text{C}$． $\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$。

在测量小灯泡电功率的实验中，已知灯泡额定电压 $U=2.5V$，电源电压保持不变

（1）用笔画线代替导线把甲图电路连接完整。

（2）调节滑动变阻器，使电压表示数为 $2.5V$，此时电流表示数（如图乙）为　 $A$，则小灯泡的额定功率是　　 $W$。

（3）如果没有电压表，用如图丙所示电路也可测小灯泡的额定功率。其中，定值电阻的阻值为 $R_0$．先断开开关 $S_2$、闭合开关 $S$、 $S_1$，调节滑动变阻器，使电流表的示数为 $\frac{U_{额}}{R_0}$；再保持变阻器滑片的位置不变，只断开开关　　、闭合其它开关，读出电流表示数为 $I$，灯泡额定功率的表达式为 $P_{额}=$　　（用 $R_0$、 $U_{额}$、 $I$的代数式表示）。

人类正面临能源危机，为了找到更节能的光源，科学家做了大量的实验，实验发现下表中的 $\mathit{LED}$灯和白炽灯在正常工作时，光照强度相同。请通过计算回答下列问题：

（1） $\mathit{LED}$灯正常发光时的电流是多大？

（2） $\mathit{LED}$灯正常发光时的电阻是多大？

（3）正常工作 $10h$，使用 $\mathit{LED}$灯比白炽灯要节约多少电能？

类型	$\mathit{LED}$灯	白炽灯
发光原理	二极管发光	钨丝高温发光
额定电压	24伏	220伏
响应时间	${10}^{-9}$秒	${10}^{-3}$秒
额定功率	12瓦	100瓦

如图所示，电阻 $R_1$的阻值为 $10\Omega$．闭合开关 $S$，电阻 $R_1$两端的电压为 $10V$，电阻 $R_2$两端的电压为 $5V$．求：

（1）电源两端的电压。

（2）通过电阻 $R_1$的电流。